Uma descoberta surpreendente revela a origem da água em nosso sistema solar bilhões de anos antes do sol

ALMA traça a história da água na formação do planeta até ao meio interestelar

Observações de água no disco que se forma em torno da protoestrela V883 Ori revelaram pistas sobre a formação de cometas e planetas menores em nosso sistema solar.

Cientistas que estudam uma protoestrela próxima detectaram água em seu disco circunferencial. As novas observações feitas com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) representam a primeira detecção de água hereditária em um disco protoplanetário sem mudanças significativas em sua composição. Essas descobertas também indicam que a água em nosso sistema solar se formou bilhões de anos antes do sol. As novas observações foram publicadas em 8 de março na revista natureza.

Esta impressão artística mostra o disco de formação planetária em torno da estrela V883 Orionis. A água do lado de fora do disco é congelada como gelo e, portanto, não é facilmente detectável. Uma explosão de energia da estrela aquece o disco interno a uma temperatura em que a água é gasosa, permitindo que os astrônomos a detectem.
A imagem inserida mostra os dois tipos de moléculas de água estudadas neste disco: água pura, com um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio, e uma versão mais pesada onde o átomo de hidrogênio é substituído por deutério, um isótopo pesado de hidrogênio.
Crédito: ESO/L. Calzada

V883 Orionis é uma protoestrela localizada a cerca de 1.305 anos-luz da Terra, na constelação de Orion. Novas observações desta protoestrela ajudaram os cientistas a encontrar uma possível ligação entre a água no meio interestelar e a água em nosso sistema solar, confirmando que elas têm uma composição semelhante.

V883 Ori é uma protoestrela única cuja temperatura é quente o suficiente para que a água em seu disco circundante se transforme em gás, tornando possível para os radioastrônomos rastrear as origens da água. Novas observações usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) forneceram a primeira confirmação de que a água em nosso sistema solar pode vir do mesmo lugar que a água nos discos que cercam protoestrelas em outras partes do universo: o meio interestelar. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Podemos pensar no caminho da água através do universo como um caminho. Sabemos como são os pontos finais, que são água em planetas e cometas, mas queríamos traçar esse caminho de volta às origens da água., principal autor do novo paper.”Até agora, podíamos associar a Terra a cometas e protoestrelas ao meio interestelar, mas não podíamos associar protoestrelas a cometas. V883 Ori mudou isso, provando que as moléculas de água neste sistema e em nosso sistema solar têm uma proporção semelhante de deutério e hidrogênio. “

Usar[{” attribute=””>ALMA, astronomers have detected the chemical signature of gaseous water in the planet-forming disc V883 Orionis. This acts as a timestamp for the water’s formation, allowing us to trace its journey. Credit: ESO

Observing water in the circumstellar disks around protostars is difficult because in most systems water is present in the form of ice. When scientists observe protostars they’re looking for the water snow line or ice line, which is the place where water transitions from predominantly ice to gas, which radio astronomy can observe in detail. “If the snow line is located too close to the star, there isn’t enough gaseous water to be easily detectable and the dusty disk may block out a lot of the water emission. But if the snow line is located further from the star, there is sufficient gaseous water to be detectable, and that’s the case with V883 Ori,” said Tobin, who added that the unique state of the protostar is what made this project possible.

V883 Ori’s disk is quite massive and is just hot enough that the water in it has turned from ice to gas. That makes this protostar an ideal target for studying the growth and evolution of solar systems at radio wavelengths.

Na maioria das vezes, a água nos discos que cercam as protoestrelas está na forma de gelo, às vezes se estendendo por longas distâncias da estrela. No caso do V883 Ori, a linha de neve estende-se 80 unidades a partir da estrela; Isso é 80 vezes a distância entre a Terra e o Sol, conforme mostrado nesta animação. Mas a temperatura no V883 Ori é quente o suficiente para que grande parte do gelo em seu disco se transforme em gás, tornando possível para os radioastrônomos estudar essa água em detalhes. Novas observações usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) revelam que a água no disco de V883 Ori tem a mesma composição básica que a água em objetos em nosso sistema solar. Isso indica que a água em nosso sistema solar foi formada bilhões de anos antes do sol no meio interestelar. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, P. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Esta observação destaca as capacidades notáveis ​​do instrumento ALMA em ajudar os astrônomos a estudar algo tão importante para a vida na Terra: a água”, disse Joe Pesci, oficial do programa da National Science Foundation no ALMA. “Entender os processos fundamentais que são importantes para nós na Terra, e que são vistos muito além da galáxia, também informa nosso conhecimento de como a natureza funciona em geral e dos processos que devem ocorrer para que nosso sistema solar evolua para o que conhecemos. hoje.”

Para conectar a água no disco protoplanetário de V883 Ori ao do nosso sistema solar, a equipe mediu sua composição usando os receptores de banda 5 (1,6 mm) e banda 6 (1,3 mm) altamente sensíveis do ALMA e descobriu que ela permanece relativamente inalterada entre cada estágio. da formação do sistema solar: protoestrela, disco protoplanetário e cometas. Isso significa que a água em nosso sistema solar foi formada muito antes da formação do sol, planetas e cometas. Já sabíamos que há muito gelo de água no meio interestelar. Nossos resultados mostram que essa água foi incorporada diretamente ao sistema solar durante sua formação, disse Merrill van te Hoff, astrônomo da Universidade de Michigan e um dos autores do artigo. “Isso é emocionante porque indica que outros sistemas planetários devem ter recebido quantidades significativas de água também”.

Ao procurar as origens da água em nosso sistema solar, os cientistas se estabeleceram em V883 Orionis, uma protoestrela única localizada a 1.305 anos-luz da Terra. Ao contrário de outras protoestrelas, o disco circunstelar em torno de V883 Ori é quente o suficiente para que a água nele se transforme de gelo em gás, tornando possível para os cientistas estudar sua composição usando radiotelescópios como os do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA ). Observações de rádio da protoestrela revelaram a presença de água (laranja), faixa de poeira (verde) e gás molecular (azul), indicando que a água nesta protoestrela é muito semelhante à água em objetos em nosso sistema solar e pode ter a mesmas origens. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Elucidar o papel da água no desenvolvimento de cometas e planetas menores é fundamental para entender como nosso sistema solar evoluiu. Embora se pense que o Sol se formou em um denso aglomerado de estrelas e V883 Ori esteja relativamente isolado sem estrelas por perto, os dois têm uma coisa importante em comum: ambos se formaram em nuvens moleculares gigantes.

“Sabe-se que a maior parte da água no meio interestelar se forma como gelo nas superfícies de minúsculos grãos de poeira nas nuvens.Quando essas nuvens colapsam sob sua própria gravidade e formam estrelas jovens, a água acaba nos discos ao seu redor. Eventualmente, os discos evoluem e os grãos de poeira gelada coagulam para formar um novo sistema solar com planetas e cometas”, disse Margot Lemker, astrônoma da Universidade de Leiden e coautora do artigo. “Mostramos que a água que é produzida nas nuvens segue esse caminho quase inalterado. Então, olhando para a água no disco de V883 Ori, estamos olhando para trás no tempo e vendo como era o nosso sistema solar quando era muito mais jovem. .”

V883 Orionis é uma protoestrela localizada a cerca de 1.305 anos-luz da Terra, na constelação de Orion. Crédito: ESO/IAU e Sky & Telescope

Tobin acrescentou: “Até agora, a cadeia de água parou no desenvolvimento do nosso sistema solar. V883 Ori é o elo perdido neste caso, e agora temos uma cadeia ininterrupta na cadeia de água de cometas e protoestrelas ao meio interestelar. ”

Para saber mais sobre essa descoberta, consulte A água na Terra é mais antiga que o nosso Sol.

Referência: “Deuterium-Enriched Water Binds Planet-forming Disks to Comets and Protostars” por John J. Tobin, Merrill L.R. Van Hove, Margot Lemker, Ewen F. Van Dishoek, Teresa Paneki-Carino, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus F .Pearson, Elzidor Cleaves, Patrick D. Sheehan e Lucas Siza, 8 de março de 2023, disponível aqui. natureza.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z